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中新網(wǎng)成都10月21日電 (單鵬 程兆)當(dāng)前，腦機接口已成為全球科技前沿?zé)狳c。正在成都舉行的第81屆世界科幻大會，也將目光投向了這一科幻與科技迭代互進的領(lǐng)域。近日，在本屆世界科幻大會主場館舉辦的一場論壇，就圍繞腦機接口和數(shù)字孿生展開了一場“頭腦風(fēng)暴”。

腦是典型的復(fù)雜信息處理系統(tǒng)。對腦的解密是人類自然科學(xué)的“終極疆域”，其衍生技術(shù)可引領(lǐng)神經(jīng)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、新型智能理論以及未來計算等多個領(lǐng)域。腦機接口概念在20世紀(jì)70年代就被提出，是指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。數(shù)字孿生則是基于計算機技術(shù)構(gòu)建一個數(shù)字孿生腦。

相關(guān)研究者認(rèn)為，腦機接口技術(shù)是通向數(shù)字孿生的“鑰匙”。大腦由神經(jīng)元搭建起來，是一個有很多腦區(qū)或神經(jīng)元層次交互的系統(tǒng)，利用數(shù)學(xué)公式將大腦結(jié)構(gòu)解析，刻畫出大腦內(nèi)部的交互，通過計算機開展大規(guī)模的數(shù)值計算，能夠形成一個小到神經(jīng)元突觸的某個層次、大到跨腦區(qū)環(huán)路甚至全腦的數(shù)字孿生模型。

“腦機接口好比一扇窗口，打開這扇窗戶，我們就能窺探大腦如何活動。”電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授徐鵬表示，為研究大腦功能解碼，他開展了一項實驗：實驗者戴上一個緊貼頭皮的帽子，帽子上密布的電極對腦電信號進行采集，計算機運用算法對采集到的腦電信號進行解碼、讀取實驗者的心情，得出“高興”“正常”“悲傷”三種結(jié)論。再通過神經(jīng)反饋或物理刺激調(diào)控，幫助實驗者調(diào)整情緒狀態(tài)。

“腦機接口研究還在早期，還面臨幾個挑戰(zhàn)，比如是否有簡單有效的方式采集大腦信號，如何對信號解碼。大腦和計算機的交互機制也有待探索。”徐鵬說，這項研究的長遠(yuǎn)價值在于探索大腦的運轉(zhuǎn)機理，推動人類設(shè)計出更加高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實際意義在于揭示腦卒中以及自閉癥、抑郁癥等精神疾病的發(fā)病機理，為患者提供個性化診療方案。

腦機接口關(guān)注的是大腦與計算機的交互，而數(shù)字孿生關(guān)注的是計算機對實體世界的數(shù)字化建模和仿真。“能不能從結(jié)構(gòu)和功能上構(gòu)建一個與真實大腦相似的生物模型，并再現(xiàn)一些自發(fā)的腦活動與腦功能?實際上是可以的。”電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授郭大慶表示，目前學(xué)界從神經(jīng)系統(tǒng)或者腦動力學(xué)著手，已能部分實現(xiàn)大腦的數(shù)字孿生。但該項研究還處于初步階段，從微介觀水平構(gòu)建全腦系統(tǒng)仍任重道遠(yuǎn)，其難點在于腦系統(tǒng)的復(fù)雜性以及對算力的巨大需求。

郭大慶分析說，有了數(shù)字孿生，就可以探索不同腦區(qū)之間的大尺度計算，了解并掌握大腦內(nèi)部的整合規(guī)則和基本原理，利用生物脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建相關(guān)智能模型。郭大慶團隊正在開展大尺度腦活動動力學(xué)建模和機器學(xué)習(xí)探索，該模型有助于解析腦功能和腦疾病，發(fā)展類腦算法。

從現(xiàn)有研究看，現(xiàn)階段數(shù)字孿生最接近應(yīng)用的領(lǐng)域是對腦疾病的調(diào)控。而對于未來研究趨勢，郭大慶認(rèn)為，半侵入式或者面向大腦動態(tài)調(diào)控的新型無創(chuàng)腦機接口將是新一代腦機接口主要發(fā)力的方向。在數(shù)字孿生領(lǐng)域，后續(xù)研究或?qū)㈥P(guān)注大腦中重要的角質(zhì)細(xì)胞、血管系統(tǒng)等，研究其與腦神經(jīng)的交互，“如果把這些考慮進來，有一天也許能真正孿生出一個人腦。”(完)

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